Powders and films based on WO3 tungsten oxide for photonics applications : photochromism and electrochromism
Poudres et films à base d'oxyde de tungstène WO3 pour applications photoniques : photochromisme et électrochromisme
Résumé
In this study, polyol synthesis is used in order to obtain nanostructured tungsten oxides with a slight oxygen sub-stoichiometry (WO3-x). The particles obtained are blue and have interesting optical properties due to the presence of W5+ ions. The heat treatments of these particles at different temperatures or under different atmospheres allow the modification of their chemical composition and so their optical properties, therefore their color; their hue is ranging from pale yellow for compounds annealed under an oxidizing atmosphere and having only W6+ ions, to black for particles annealed under a reducing atmosphere creating free electrons. Electrochromic and photochromic properties have been characterized on thick or thin films. Thus, the thick films of blue, black and yellow particles show different electroactivities when an electric current is applied. The study of the thin films of WO3-x and “sandwich” film of WO3-x + Ta2O5 reveals an astonishing capacity of our films to absorb in the near infrared range during the photoreduction of the W6+ ions into W5+ ions under UV irradiation. The absorption curves show that photochromism is associated with three absorption phenomena of different energies for the WO3-x film and two phenomena for the “sandwich” film. The study on the reversibility of the phenomenon has also shown a very good ability of our films to reoxidize (discolour) in the ambient air without any thermal or chemical treatment.
Dans cette étude, la synthèse en milieu polyol est utilisée afin d’obtenir des oxydes de tungstène nanostructurés et présentant une légère sous-stœchiométrie en oxygène (WO3 x). Les particules obtenues sont de couleur bleue, et possèdent des propriétés optiques intéressantes du fait de la présence d’ions W5+. Les traitements thermiques de ces particules à différentes températures ou sous différentes atmosphères permettent de contrôler la sous-stœchiométrie en oxygène et donc leurs propriétés optiques (et leur couleur) ; leur teinte allant du jaune pâle pour les composés recuits sous une atmosphère oxydante et ne possédant plus que des ions W6+, au noir pour des particules recuite sous une atmosphère réductrice créatrice d’électrons libres. Les propriétés électrochromes et photochromes ont été caractérisées après dépôt de films épais ou minces. Ainsi, les films épais de particules bleues, noires et jaunes montrent des électroactivités différentes lors de l’application d’un courant électrique. L’étude des films minces de WO3-x et de film « sandwich » de WO3-x + Ta2O5 révèle quant à elle une étonnante capacité de nos films à absorber dans le domaine du proche infrarouge lors de la photoréduction des ions W6+ en ions W5+ sous irradiation UV. Un traitement des données permet de montrer que, le photochromisme est associé à trois phénomènes d’absorption, d’énergies différentes, pour le film de WO3-x seul et à deux phénomènes pour le film « sandwich ». L’étude sur la réversibilité du phénomène a de plus montré une très bonne aptitude de nos films à se réoxyder (se décolorer) à l’air ambiant sans avoir recours à un traitement thermique ou chimique.
Origine : Version validée par le jury (STAR)